第十章糖代谢.ppt

第十章第十章 糖糖代谢代谢糖代糖代谢谢的重要的重要动物和大多数微生物所需的能量，主要物和大多数微生物所需的能量，主要是由糖的分解代是由糖的分解代谢提供的。另一方面，提供的。另一方面，糖分解的中糖分解的中间产物，又物，又为生物体合成其生物体合成其它它类型的生物分子，如氨基酸、核苷酸型的生物分子，如氨基酸、核苷酸和脂肪酸等，提供碳源或碳和脂肪酸等，提供碳源或碳链骨架。骨架。糖代糖代谢受神受神经、激素及、激素及别构物的构物的调节控控制，代制，代谢紊乱会引起各种疾病。紊乱会引起各种疾病。10.1 糖的糖的酶酶水解水解淀粉（或糖原）的淀粉（或糖原）的酶酶水解水解二糖的二糖的酶酶水解水解产物：产物：糊精、寡糖、少量麦芽糖糊精、寡糖、少量麦芽糖麦芽糖、极限糊精麦芽糖、极限糊精 产物：产物：-淀粉酶淀粉酶 非还原端非还原端还原端还原端极限糊精极限糊精-淀粉酶淀粉酶,-淀粉酶：都能水解淀粉酶：都能水解-1,4苷键，但不能水解苷键，但不能水解-1,6苷键苷键-1,6葡萄糖苷酶：水解葡萄糖苷酶：水解-1,6苷键苷键二糖的二糖的酶水解水解麦芽糖麦芽糖 蔗糖蔗糖 乳糖乳糖单单糖的吸收和糖的吸收和转转运运10.2 糖的分解代糖的分解代谢谢10.2.1 糖原的分解糖原的分解10.2.2 葡萄糖的分解葡萄糖的分解糖原的生物学意糖原的生物学意义义主要主要贮存器官存器官肝肝脏和肌肉和肌肉存在存在颗粒状，粒状，细胞胞质中中降解降解产物物G-1-P功能功能经EMP、TCA氧化分解氧化分解产生能量生能量维持血糖水平的持血糖水平的稳定定贮存能量存能量机体使用糖原作机体使用糖原作为能量能量储备的理由的理由较脂脂质的的优点点能迅速能迅速动员因因为它是高度分支的分子，糖原的磷酸解它是高度分支的分子，糖原的磷酸解反反应可以在各非可以在各非还原端同原端同时展开；展开；可在无氧和有氧条件下分解代可在无氧和有氧条件下分解代谢脂肪酸不能作脂肪酸不能作为葡萄糖的前体，葡萄糖的前体，当当饥饿的的时候，肝糖原可迅速分解并候，肝糖原可迅速分解并转化化为血糖，血糖，为脑组织等提供燃料。等提供燃料。糖原的糖原的结结构及其构及其连连接方式接方式-1，6糖苷键糖苷键-1，4-糖苷键糖苷键糖原的降解糖原的降解（一）糖原磷酸化（一）糖原磷酸化酶（glycogen phosphorylase）（二）糖原脱支（二）糖原脱支酶（glycogen debranching enxyme）（三）葡糖磷酸（三）葡糖磷酸变位位酶（phosphoglucomutase）（四）葡糖（四）葡糖-6-磷酸磷酸酯酶（一）糖原磷酸化（一）糖原磷酸化酶（glycogen phosphorylase）起始点起始点作用点作用点终止点止点糖原分支点前糖原分支点前4个葡萄糖残基个葡萄糖残基产物物优点：点：带上磷酸基上磷酸基团，不需要能量即可，不需要能量即可转变为G-6-P不能不能扩散到散到细胞外胞外G-1-P非还原性末端非还原性末端14糖苷键磷酸解，辅基磷酸吡哆醛糖苷键磷酸解，辅基磷酸吡哆醛糖原磷酸化反糖原磷酸化反应糖原磷酸化酶的结构模型糖原磷酸化酶的结构模型糖糖原原磷磷酸酸化化酶酶催催化化的的反反应应的的机机理理（二）糖原脱支（二）糖原脱支酶酶（glycogen debranching enxyme）脱支脱支酶为双功能双功能酶糖基糖基转移移酶转移葡萄糖残基移葡萄糖残基借助于此活性可以将不能再被磷酸解的与分支点借助于此活性可以将不能再被磷酸解的与分支点葡萄糖残基相葡萄糖残基相连的的3个葡萄糖个葡萄糖单位同位同时转移到移到邻近近的寡糖的寡糖链上的非上的非还原端，并原端，并维持以持以（14）糖苷）糖苷键连接。接。脱支脱支酶分解葡萄糖分解葡萄糖-1，6-糖苷糖苷键遗留在分支点的葡萄糖残基被水解成游离的葡萄留在分支点的葡萄糖残基被水解成游离的葡萄糖分子糖分子糖糖原原分分支支点点的的去去除除（三）磷酸葡萄糖（三）磷酸葡萄糖变变位位酶酶（phosphoglucomutase）G-1-PG-6-P形成形成G-1，6-2P中中间体体（四）葡萄糖（四）葡萄糖-6-磷酸磷酸酶酶存在存在肝肝细胞、胞、肾细胞及胞及肠细胞光滑内胞光滑内质网的内腔面网的内腔面作用作用专门水解水解G-6-P，使，使游离的葡萄游离的葡萄糖糖扩散出肝散出肝细胞胞进入血入血流。流。糖原的分解糖原的分解10.2.2 葡萄糖的分解葡萄糖的分解糖酵解作用糖酵解作用丙丙酮酮酸氧化脱酸氧化脱羧羧三三羧羧酸循酸循环环葡萄糖葡萄糖酵解酵解丙酮酸丙酮酸OX乙酰乙酰CoA三羧酸循环三羧酸循环CO2+H2O无氧分解无氧分解（有氧、无氧）（有氧、无氧）有氧分解有氧分解（有氧）（有氧）（1 1）糖酵解糖酵解：glycolysisglycolysis（2 2）发酵酵：fermentationfermentation（3 3）三三羧酸循酸循环：tricarboxylictricarboxylic acid cycle acid cycle几个概念几个概念葡萄糖葡萄糖 丙酮酸，并伴随丙酮酸，并伴随ATP的生成。此反应的生成。此反应过程一般在无氧条件下进行，又称为无氧分解。过程一般在无氧条件下进行，又称为无氧分解。厌氧有机体把酵解生成的厌氧有机体把酵解生成的NADH中的氢交给丙酮酸中的氢交给丙酮酸脱羧形成乙醛，使之形成乙醇。脱羧形成乙醛，使之形成乙醇。丙酮酸丙酮酸 CO2 +H2O，并产生能量。由于此氧化过，并产生能量。由于此氧化过程是通过柠檬酸等几种三元羧酸的循环反应来完成的，程是通过柠檬酸等几种三元羧酸的循环反应来完成的，通常称为三羧酸循环或柠檬酸循环。由于分子氧是此系通常称为三羧酸循环或柠檬酸循环。由于分子氧是此系列反应的最终受氢体，所以又称为有氧分解。列反应的最终受氢体，所以又称为有氧分解。糖酵解的糖酵解的发现糖酵解的研究是从酒精糖酵解的研究是从酒精发酵的研究开始酵的研究开始发。4000年前，我国就有年前，我国就有酿酒的酒的记载，后来又，后来又发展了制作工展了制作工业酒精、面包制作酒精、面包制作等，但等，但对糖糖变酒的酒的过程，直到程，直到19世世纪后半叶才开始。后半叶才开始。18541864，Paster认为发酵是离不开活酵是离不开活细胞，是没有空气的生命胞，是没有空气的生命过程。程。1897年，年，Hans Buchner&Edward Buchner发现酵母汁可以把蔗糖酵母汁可以把蔗糖变为酒精，酒精，发酵可在活酵可在活细胞以外胞以外进行。行。1905年，年，Arthur Harden&William Young发现发酵酵过程中无机磷酸程中无机磷酸盐逐逐渐消失，不断的消失，不断的补充使充使发酵速度不降低，推酵速度不降低，推测发酵与无机磷将糖磷酸化有关。酵与无机磷将糖磷酸化有关。他他们还发现，将酵母汁加，将酵母汁加热或透析而失活，将二者混合又恢复活力，或透析而失活，将二者混合又恢复活力，证明明了了热不不稳定的定的酿酶和透析和透析组分金属离子分金属离子辅酶部分部分1940年，酵解的全年，酵解的全过程被全面了解。程被全面了解。Gustar Embden&Otto Meyerhof发现肌肉中有肌肉中有类似似过程，称酵解，揭示了生物化学程，称酵解，揭示了生物化学过程的普遍性。因此酵解又程的普遍性。因此酵解又称称Embden Meyerhof-Parnas途径，途径，简写写为EMP糖酵解概述糖酵解概述发生在所有的活细胞的细胞质中。发生在所有的活细胞的细胞质中。共有十步反应组成共有十步反应组成在所有的细胞在所有的细胞都相同，但速率不同。都相同，但速率不同。两个阶段：两个阶段：i)第一个阶段第一个阶段引发阶段或投资阶引发阶段或投资阶段段:葡萄糖葡萄糖 F-1,6-2P 2G-3-Pii)第二个阶段第二个阶段产能阶段或获利阶产能阶段或获利阶段：产生段：产生2丙酮酸丙酮酸+2ATP丙酮酸的三种命运丙酮酸的三种命运糖酵解的两阶段反应糖酵解的两阶段反应糖酵解的全部反应糖酵解的全部反应休要惊慌休要惊慌!你所要记忆的是总反应、三步你所要记忆的是总反应、三步限速步骤、三种特异性抑制剂、限速步骤、三种特异性抑制剂、两步底物磷酸化反应、一步氧化两步底物磷酸化反应、一步氧化磷酸化反应和主要的调控机制。磷酸化反应和主要的调控机制。第一阶段：第一阶段：能量投资阶段能量投资阶段葡萄糖葡萄糖 (6C)甘油醛甘油醛-3-3磷酸磷酸(2-3C)(G3P 或或GAP)2 ATP -消化消化0 ATP -产生产生0 NADH-产生产生2ATP2ADP+PC-C-C-C-C-CC-C-CC-C-C第一步反应第一步反应葡萄糖的磷酸化葡萄糖的磷酸化酶酶：特点特点：葡萄糖的磷酸化的意义葡萄糖的磷酸化的意义首先葡萄糖因此带上负电荷，极性猛增，很难首先葡萄糖因此带上负电荷，极性猛增，很难再从细胞中再从细胞中“逃逸逃逸”出去出去其次葡萄糖由此变得不稳定，有利于它在细胞其次葡萄糖由此变得不稳定，有利于它在细胞内的进一步代谢。内的进一步代谢。己糖激酶或葡萄糖激酶己糖激酶或葡萄糖激酶ATP被消耗，第一步不可逆反应被消耗，第一步不可逆反应己糖激酶和葡萄糖激酶的比较己糖激酶和葡萄糖激酶的比较己糖激酶己糖激酶葡萄糖激酶葡萄糖激酶存在存在几乎所有的细胞几乎所有的细胞肝细胞肝细胞底物特异性底物特异性葡萄糖、甘露糖、氨基葡萄糖、甘露糖、氨基葡萄糖、果糖、葡萄糖、果糖、2-脱氧脱氧葡萄糖等己糖葡萄糖等己糖葡萄糖和葡萄糖和2-脱氧葡萄糖脱氧葡萄糖对葡萄糖的对葡萄糖的Km0.1mM10mM产物反馈抑制产物反馈抑制G-6-P反馈抑制反馈抑制不受不受G-6-P反馈抑制反馈抑制基因表达基因表达组成酶组成酶诱导酶诱导酶葡萄糖在细胞内磷酸化以后不能再离开细胞葡萄糖在细胞内磷酸化以后不能再离开细胞己糖激酶的己糖激酶的“诱导契合诱导契合”第二步反应第二步反应:葡糖葡糖-6-6-磷酸的异构磷酸的异构化化酶：酶：葡糖葡糖-6-6-磷酸异构酶磷酸异构酶特点：反应可逆特点：反应可逆抑制剂：抑制剂：6-磷酸葡糖酸、赤藓糖磷酸葡糖酸、赤藓糖-4-磷酸、磷酸、景天庚酮糖景天庚酮糖-7-磷酸竞争抑制酶活性磷酸竞争抑制酶活性第三步反应第三步反应:磷酸果糖的激活磷酸果糖的激活L酶酶：L特点特点：L有大的自由能降低，受到高度的调控有大的自由能降低，受到高度的调控磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶第二次消耗第二次消耗ATP，第二步不可逆反应，是糖酵解的，第二步不可逆反应，是糖酵解的限速步骤限速步骤!磷酸果糖激磷酸果糖激酶特点特点：抑制抑制剂：变构酶，催化、效率低，变构酶，催化、效率低，EMP的速率严的速率严格依赖该酶的活性（限速酶）。格依赖该酶的活性（限速酶）。柠檬酸、柠檬酸、ATP、H+抑制，抑制，AMP、ADP消除抑制消除抑制磷酸果糖激磷酸果糖激酶RegulatoryADPF-6-PATP第四步反应：第四步反应：果糖果糖-1-1，6-6-二磷酸的二磷酸的裂解裂解酶：酶：醛缩酶醛缩酶特点：特点：C6 被切成被切成 2 C3，反应可逆，反应可逆反应可逆。但由于正常生理条件下，甘油醛反应可逆。但由于正常生理条件下，甘油醛-3-磷酸不断转化为丙酮酸，大降低细胞中甘油磷酸不断转化为丙酮酸，大降低细胞中甘油醛醛-3-磷酸的浓度，因而反应向右进行。磷酸的浓度，因而反应向右进行。96%4%来源于动物来源于动物来源于其他生物来源于其他生物第五步反应第五步反应:磷酸丙糖的异构化磷酸丙糖的异构化酶：酶：磷酸丙糖异构酶（磷酸丙糖异构酶（TIM）特点：反应可逆，反应机制涉及烯二醇中特点：反应可逆，反应机制涉及烯二醇中间体间体反应可逆。但正常生理条件下，只有甘油醛反应可逆。但正常生理条件下，只有甘油醛-3-磷酸能磷酸能进入进入EMP，且甘油醛，且甘油醛-3-磷酸不断转化为丙酮酸，大降磷酸不断转化为丙酮酸，大降低细胞中甘油醛低细胞中甘油醛-3-磷酸的浓度，因而反应向右进行。磷酸的浓度，因而反应向右进行。磷酸丙糖异构酶的作用机理磷酸丙糖异构酶的作用机理经过前经过前5 5步步的准备阶的准备阶段，段，1 1分子分子葡萄糖消葡萄糖消耗耗2 2分子分子ATPATP，产生产生2 2分子甘油分子甘油醛醛-3-3-磷酸磷酸第二阶段：第二阶段：能量收获阶段能量收获阶段 甘油醛甘油醛-3-3-磷酸磷酸(2-3C)(G3P 或或 GAP)丙酮酸丙酮酸(2-3C)(PYR)0 ATP -消耗消耗4 ATP -产生产生2 NADH-产生产生4ATP4ADP+PC-C-C C-C-CC-C-C C-C-CGAPGAP(PYR)(PYR)第六步反应第六步反应:甘油醛甘油醛-3-3-磷酸被氧磷酸被氧化成甘油酸化成甘油酸-1,3-1,3-二磷酸二磷酸酶酶：特点特点：产物：产生产物：产生1,3-BPG和和NADH甘油醛甘油醛-3-磷酸脱氢酶磷酸脱氢酶反应可逆，糖酵解途径唯一的一步反应可逆，糖酵解途径唯一的一步氧化氧化还原反应还原反应甘油醛甘油醛-3-磷酸脱氢酶磷酸脱氢酶特点特点：抑制剂抑制剂：巯基酶巯基酶，使用共价催化，负协同作用，使用共价催化，负协同作用碘代乙酸碘代乙酸和有机汞和有机汞甘油醛甘油醛-3-磷酸脱氢酶的作用机理磷酸脱氢酶的作用机理甘油甘油醛-3-磷酸脱磷酸脱氢酶的抑制的抑制剂作用作用机理机理砷酸砷酸有毒有毒砷酸砷酸化学结构和化学性质与化学结构和化学性质与Pi极为相似，因此可极为相似，因此可以代替无机磷酸参加反应，形成甘油酸以代替无机磷酸参加反应，形成甘油酸-1-砷酸砷酸-3-磷酸，其自发水解，磷酸，其自发水解，EMP照样进行并产生热，照样进行并产生热，但导致但导致ATP合成受阻，使氧化同磷酸化解偶联。合成受阻，使氧化同磷酸化解偶联。第七步反应第七步反应:甘油酸甘油酸-1,3-1,3-二磷酸的底二磷酸的底物水平磷酸化物水平磷酸化酶酶：特点特点：磷酸甘油酸激酶外形及作用机制同已糖磷酸甘油酸激酶外形及作用机制同已糖激酶激酶磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶反应可逆，第一次底物水平磷酸化反应可逆，第一次底物水平磷酸化红细胞内存在生成红细胞内存在生成2,3-BPG2,3-BPG的支路的支路第八步反应第八步反应:甘油甘油-3-3-磷酸的异构化磷酸的异构化酶：酶：磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶特点：反应可逆，特点：反应可逆，磷酸基团从磷酸基团从 C-3转移转移到到C-2依赖于甘油酸依赖于甘油酸-2,3-2,3-二磷酸的磷酸甘油酸变位酶的作用机制二磷酸的磷酸甘油酸变位酶的作用机制第九步反应第九步反应:甘油酸甘油酸-2-磷酸的烯醇磷酸的烯醇化转变成化转变成 PEP酶：酶：烯醇化酶烯醇化酶烯醇化酶的作用机制：促进甘油酸烯醇化酶的作用机制：促进甘油酸-2-磷磷酸上某些原子的重排从而形成具有较高酸上某些原子的重排从而形成具有较高的磷酸转移势能的高能分子。的磷酸转移势能的高能分子。烯醇化酶的烯醇化酶的抑制剂抑制剂：氟合物：能够与氟合物：能够与Mg 2和磷酸基团和磷酸基团形成氟磷酸镁复盐形成氟磷酸镁复盐第十步反应第十步反应:PEP的底物水平磷酸化的底物水平磷酸化酶酶：特点特点：G为大的负值为大的负值受到受到调控调控!丙酮酸激酶，别构酶，需丙酮酸激酶，别构酶，需Mg2+、Mn2+，ATP、长链脂肪酸、乙酰、长链脂肪酸、乙酰CoA、丙氨酸抑制、丙氨酸抑制酶活性；酶活性；F-1，6-二磷酸、二磷酸、PEP激活酶活性。激活酶活性。丙酮酸激酶丙酮酸激酶第三步不可逆反应，第二次底物水平磷酸化第三步不可逆反应，第二次底物水平磷酸化经过经过5 5步放能步放能反应，反应，2 2分子分子甘油醛甘油醛-3-3-磷磷酸生成酸生成2 2分子分子丙酮酸，丙酮酸，4 4分分子子ATPATP，2 2分分子子NADH+HNADH+H+NADH和丙酮酸的去向和丙酮酸的去向在有氧状态下在有氧状态下 （1）NADH的命运的命运：在呼吸链被彻底氧：在呼吸链被彻底氧化成化成H2O并产生更多的并产生更多的ATP。（2）丙酮酸的命运丙酮酸的命运：经过线粒体内膜上：经过线粒体内膜上丙酮酸运输体进入线粒体基质，被基质内丙酮酸运输体进入线粒体基质，被基质内的丙酮酸脱氢酶系氧化成乙酰的丙酮酸脱氢酶系氧化成乙酰-CoA 在在缺氧状态缺氧状态或无氧状态下或无氧状态下 （1）乳酸发酵）乳酸发酵 （2）酒精发酵）酒精发酵NADH：线粒体内膜上的穿梭粒体内膜上的穿梭甘油甘油-3-磷酸穿梭系磷酸穿梭系统 苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭系天冬氨酸穿梭系统苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭系统天冬氨酸穿梭系统甘油甘油-3-3-磷酸穿梭系统磷酸穿梭系统 骨骼肌、脑组织骨骼肌、脑组织backback丙丙酮酸的代酸的代谢去向去向生成乳酸生成乳酸-乳酸乳酸发酵酵在在厌氧酵解氧酵解时，例如某些，例如某些厌氧乳酸菌、肌肉由氧乳酸菌、肌肉由于于剧烈运烈运动而造成而造成暂时缺氧状缺氧状态或呼吸、循或呼吸、循环系系统机能障碍机能障碍暂时供氧不足供氧不足时。乳酸脱乳酸脱氢酶，两种，两种亚基基组成成5种同工种同工酶，在血，在血液中的同工液中的同工酶比例恒定，比例恒定，临床上作床上作为诊断心肌断心肌和肝和肝脏疾病疾病COOH C=OCH3+NADH+H+Lactate dehydrogenase乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶COOH CHOHCH3+NAD+生成乙醇生成乙醇乙醇乙醇发酵酵1、丙、丙酮酸脱酸脱羧形成乙形成乙醛：TPP为丙丙酮酸脱酸脱羧酶（动物不存在）物不存在）辅酶2、乙、乙醛还原成乙醇同原成乙醇同时产生生NAD+3、发面、制作面包和面、制作面包和馒头、酿酒工酒工业COOH C=OCH3Decarboxylase丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶CHOCH3+CO2CH2OHCH3+NADH+H+Alcohol ehydrogenase乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶CHOCH3+NAD+糖酵解的糖酵解的产能能计算算糖酵解的其他底物糖酵解的其他底物甘油、果糖、甘露糖和半乳糖甘油、果糖、甘露糖和半乳糖甘油转变成磷酸二羟丙酮甘油转变成磷酸二羟丙酮果糖和甘露糖通过比较常规的途径进入果糖和甘露糖通过比较常规的途径进入糖酵解糖酵解 半乳糖通过半乳糖通过LeloirLeloir途径进入途径进入甘油和其它单糖进入糖酵解的途径甘油和其它单糖进入糖酵解的途径半乳糖进入糖酵解的途径（半乳糖进入糖酵解的途径（LeloirLeloir途径）途径）糖酵解的生理意义糖酵解的生理意义产生产生ATPATP提供生物合成的原料提供生物合成的原料也是其他单糖的基本代谢途径也是其他单糖的基本代谢途径丙酮酸的有氧氧化丙酮酸的有氧氧化产物：产物：CO2、H2O、ATP过程：过程：第一阶段：丙酮酸氧化脱羧（丙第一阶段：丙酮酸氧化脱羧（丙酮酸酮酸乙酰乙酰CoA）第二阶段：三羧酸循环（乙酰第二阶段：三羧酸循环（乙酰CoA CO2、H2O、ATP）丙酮酸的氧化脱羧丙酮酸的氧化脱羧反应部位反应部位反应作用反应作用反应酶系反应酶系在真核细胞线粒体基质中在真核细胞线粒体基质中连接连接EMP和和TCA的中心环节的中心环节线粒体膜上的丙酮酸脱氢酶系（复合体）线粒体膜上的丙酮酸脱氢酶系（复合体）丙酮酸跨线粒体内膜的转运丙酮酸跨线粒体内膜的转运丙酮酸脱羧和脱氢形成乙酰丙酮酸脱羧和脱氢形成乙酰CoA丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系三种酶三种酶六种辅因子六种辅因子丙酮酸脱氢酶（丙酮酸脱氢酶（E1）二氢硫辛酸转乙酰基酶（二氢硫辛酸转乙酰基酶（E2）二氢硫辛酸脱氢酶（二氢硫辛酸脱氢酶（E3）TPP硫辛酸、硫辛酸、CoAFAD、NAD+Mg2+丙酮酸脱氢酶系的结构和组成丙酮酸脱氢酶系的结构和组成缩缩写写酶酶活性活性亚亚基数目基数目（个数）（个数）辅辅助因助因子子维维生生素素前体前体辅辅助助因因子子类类型型催化的反催化的反应应E E1 1丙丙酮酮酸酸脱脱氢氢酶酶大大肠肠杆菌杆菌2424、酵母、酵母6060、哺乳、哺乳动动物物2020或或3030TPPTPPB B1 1辅辅基基丙丙酮酮酸酸氧化脱氧化脱羧羧E E2 2二二氢氢硫硫辛酸辛酸转转乙乙酰酰酶酶大大肠肠杆菌杆菌2424、酵母、酵母6060、哺乳、哺乳动动物物6060硫辛硫辛酰酰胺胺CoACoA硫辛硫辛酸酸泛酸泛酸辅辅基基辅辅酶酶将乙将乙酰酰基基转转移到移到CoACoAE E3 3二二氢氢硫硫辛酸脱辛酸脱氢氢酶酶大大肠肠杆菌杆菌1212、酵母、酵母1212、哺乳、哺乳动动物物6 6FADFADNADNAD+B B2 2PPPP辅辅基基辅辅酶酶氧化型硫氧化型硫辛胺的再辛胺的再生生hydroxyethyl-TPPpyruvateCO2acetyl-CoA大肠杆菌内丙酮酸脱氢酶系大肠杆菌内丙酮酸脱氢酶系催化丙酮酸转变为乙酰催化丙酮酸转变为乙酰CoA四个步骤四个步骤1、丙酮酸脱羧反应：丙酮酸脱羧反应：2、乙酰基转移到、乙酰基转移到CoA分子上形成乙分子上形成乙酰酰CoA：3、还原型还原型E2氧化，形成氧化型氧化，形成氧化型E2：4、还原型还原型E3再氧化再氧化：简单图解丙酮酸脱氢酶系催化反应简单图解丙酮酸脱氢酶系催化反应TPP在在反应系统中的作用反应系统中的作用E1硫硫辛酸在反应系统中的作用辛酸在反应系统中的作用E2CoA在反应系统中的作用在反应系统中的作用E2FAD、NAD+在反应系统中的作用在反应系统中的作用递氢体作用递氢体作用FAD+2H-FAD+2H-FADH FADH2 2NADNAD+2H-+2H-NADH+H NADH+H+E3E3砒霜的毒性机理砒霜的毒性机理微生物对砷更敏感，常用砷化物治疗锥虫病、微生物对砷更敏感，常用砷化物治疗锥虫病、梅毒，但有严重副作用，引发湿疹、头晕、关梅毒，但有严重副作用，引发湿疹、头晕、关节炎、心悸等节炎、心悸等。三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环（三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle，TCA循循环），环），Krebs循环循环(Krebs被称为被称为ATP循环之父循环之父)定义定义发生部位发生部位丙酮酸通过进行脱羧和脱氢反应，羧基形丙酮酸通过进行脱羧和脱氢反应，羧基形成成CO2，氢原子则随着载体（，氢原子则随着载体（NAD+、FAD）进入电子传递链经过氧化磷酸化作）进入电子传递链经过氧化磷酸化作用，形成水分子并将释放出的能量合成用，形成水分子并将释放出的能量合成ATP。线粒体线粒体三三羧羧酸酸循循环环全全部部反反应应第一步反应：柠檬酸的合成第一步反应：柠檬酸的合成酶酶：特点特点：抑制剂抑制剂：柠檬酸合酶（柠檬酸合酶（citrate synthase）不可逆反应，不可逆反应，TCA的限速步骤的限速步骤ATP、NADH、琥珀酰、琥珀酰CoA、酯酰、酯酰CoA草酰乙酸与乙酰草酰乙酸与乙酰CoA缩合形成柠檬酸缩合形成柠檬酸氟代乙酸在氟代乙酸在细细胞内的代胞内的代谢转变谢转变及及对对TCATCA循循环环的影响的影响用于杀虫剂或灭鼠药用于杀虫剂或灭鼠药柠柠檬酸合檬酸合酶酶的两种构象的两种构象第二步反应：异柠檬酸的形成第二步反应：异柠檬酸的形成酶：酶：顺乌头酸酶顺乌头酸酶特点：特点：可逆反应，产物的立体专一性可逆反应，产物的立体专一性柠檬酸异构化形成异柠檬酸柠檬酸异构化形成异柠檬酸铁铁硫蛋白在硫蛋白在顺乌头顺乌头酸酸酶酶反反应应中的作用中的作用含有含有Fe-SFe-S聚簇，与柠聚簇，与柠檬酸结合，并参与底檬酸结合，并参与底物的脱水和再水合作物的脱水和再水合作用。用。顺乌头顺乌头酸酸酶酶催化反催化反应应中中产产物的立体物的立体专专一性一性第三步反应：异柠檬酸的氧化脱羧第三步反应：异柠檬酸的氧化脱羧酶酶：特点特点：别构调控别构调控：异柠檬酸脱氢酶（异柠檬酸脱氢酶（isocitrate dehydrogenase）第一个氧化还原反应，第一个脱羧反应，产第一个氧化还原反应，第一个脱羧反应，产物物NADHADPADP、NADNAD+、MgMg2+2+协同活化，协同活化，NADHNADH、ATPATP抑制抑制异柠檬酸氧化形成异柠檬酸氧化形成-酮戊二酸酮戊二酸第四步反应：第四步反应：-酮戊二酸的氧化脱羧酮戊二酸的氧化脱羧酶酶：特点特点：催化机制：同丙酮酸脱氢酶系。催化机制：同丙酮酸脱氢酶系。-酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系第二次脱羧，第二次氧化还原反应，产物第二次脱羧，第二次氧化还原反应，产物NADH三种酶：三种酶：-酮戊二酸脱氢酶（酮戊二酸脱氢酶（E1）、二氢硫辛酸转）、二氢硫辛酸转琥珀酰基酶（琥珀酰基酶（E2）、二氢硫辛酸脱氢酶（）、二氢硫辛酸脱氢酶（E3）六种因子：六种因子：TPP、硫辛酸、硫辛酸、FAD、NAD+、CoA、Mg2+-酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰-CoA第五步反应：底物水平的磷酸化第五步反应：底物水平的磷酸化酶酶：特点特点：琥珀酰琥珀酰-CoA合成酶（琥珀酰硫激酶）合成酶（琥珀酰硫激酶）TCA唯一一步产生高能磷酸键的反应唯一一步产生高能磷酸键的反应琥珀酰琥珀酰-CoA转化成琥珀酸转化成琥珀酸琥珀酰琥珀酰-CoACoA合成酶的反应机理合成酶的反应机理第六步反应：琥珀酸的脱氢第六步反应：琥珀酸的脱氢酶酶：特点特点：抑制抑制：琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶（succinate dehydrogenase）TCA中唯一嵌入线粒体内膜的酶，直接位于电子传递链中唯一嵌入线粒体内膜的酶，直接位于电子传递链第三次氧化还原反应，产物第三次氧化还原反应，产物FADH2丙二酸强竞争性抑制丙二酸强竞争性抑制琥珀酸脱氢形成延胡索酸琥珀酸脱氢形成延胡索酸第七步反应：第七步反应：L-苹果酸的形成苹果酸的形成酶：延胡索酸酶（富马酸酶，酶：延胡索酸酶（富马酸酶，fumarase）特点：严格的立体专一性。特点：严格的立体专一性。第八步反应：草酰乙酸的再生第八步反应：草酰乙酸的再生酶酶：特点特点：苹果酸脱氢酶（苹果酸脱氢酶（malate dehydrogenase）第四次氧化还原反应，产物第四次氧化还原反应，产物NADHL-苹果酸脱氢形成草酰乙酸苹果酸脱氢形成草酰乙酸三三羧羧酸酸循循环环全全部部反反应应丙酮酸氧化分解所产生的能量丙酮酸氧化分解所产生的能量EMP葡萄糖葡萄糖2*丙酮酸丙酮酸2*乙酰乙酰CoATCA2ATP2H2O2NADH2*CO22*NADHH+2*2H+2*ATP2*2CO22*3NADH2*FADH2呼吸链呼吸链 一分子葡萄糖一分子葡萄糖彻彻底氧化底氧化过过程中的程中的ATPATP收支情况收支情况与ATP合成相关的反应合成ATP的方式合成ATP的量糖酵解（包括氧化磷酸化）己糖激酶PFK-1磷酸甘油酸激酶丙酮酸激酶甘油醛-3-磷酸脱氢酶（NADH）消耗ATP消耗ATP底物水平磷酸化底物水平磷酸化氧化磷酸化6或811224或6（取决于NADH通过何种途径进入呼吸链）丙酮酸脱氢酶系氧化磷氧化磷酸化酸化236三羧酸循环异柠檬酸脱氢酶（NADH）-酮戊二酸脱氢酶系（NADH）琥珀酰-CoA合成酶琥珀酸脱氢酶（FADH2）苹果酸脱氢酶（NADH）氧化磷酸化氧化磷酸化底物水平磷酸化氧化磷酸化氧化磷酸化24326326122224326总ATP量36或38三羧酸循环的生物学意义三羧酸循环的生物学意义产生更多的产生更多的ATP提供生物合成的原料提供生物合成的原料 是糖、氨基酸和脂肪酸最后的共同分解途是糖、氨基酸和脂肪酸最后的共同分解途径径某些代谢中间我作为其他代谢途径的别构某些代谢中间我作为其他代谢途径的别构效应物效应物产生产生CO2三羧酸循环中间物的去向三羧酸循环中间物的去向三羧酸循环的回补反应三羧酸循环的回补反应草酰乙酸的回补草酰乙酸的回补高等植物、高等植物、细菌、酵母细菌、酵母动物的肝和肾动物的肝和肾动物的骨骼肌动物的骨骼肌和心肌和心肌Asp、Glu的转氨作用可以形成草酰乙酸和的转氨作用可以形成草酰乙酸和-酮戊二酸酮戊二酸Ile、Val、Met、Thr在细胞内均可氧化成琥在细胞内均可氧化成琥珀酰珀酰CoA乙醛酸循环（乙醛酸循环（植物和微生物）植物和微生物）在每一在每一轮轮循循环环中，前者有两分子乙中，前者有两分子乙酰酰-CoACoA进进入入只只产产生生NADHNADH，但不，但不产产生生FADHFADH2 2无底物水平磷酸化反无底物水平磷酸化反应应，因此不，因此不产产生生ATPATP不生成不生成COCO2 2，无碳无碳单单位的位的损损失，失，净净合成了合成了糖异生的前体糖异生的前体苹果酸苹果酸，解决了乙，解决了乙酰酰CoACoA在在动动物物细细胞中不能胞中不能净转变为净转变为葡萄糖的葡萄糖的难题难题，特，特别别是在富含油脂的种子是在富含油脂的种子发发芽芽时时，使脂肪能使脂肪能转变为转变为葡萄糖。葡萄糖。乙乙醛醛酸酸循循环环与与三三羧羧酸酸循循环环的的比比较较植物细胞内的乙醛酸循环体及线粒体的亚显微结构植物细胞内的乙醛酸循环体及线粒体的亚显微结构植物细胞内乙醛酸循环的生理意义和草酰乙酸的再生植物细胞内乙醛酸循环的生理意义和草酰乙酸的再生戊糖磷酸途径戊糖磷酸途径（一）戊糖磷酸途径的发现一）戊糖磷酸途径的发现1、戊糖磷酸途径：、戊糖磷酸途径：pentose phosphate pathway，PPP又称戊糖又称戊糖支路、磷酸己糖支路途径、支路、磷酸己糖支路途径、6-磷酸磷酸葡糖酸途径、磷酸戊糖循环葡糖酸途径、磷酸戊糖循环2、向供研究、向供研究EMP使用的组织匀浆中添加使用的组织匀浆中添加碘乙酸或氟化物等抑制，葡萄糖的利用碘乙酸或氟化物等抑制，葡萄糖的利用仍在继续，进而认识到其它途径的存在，仍在继续，进而认识到其它途径的存在，其中其中PPP途径就是其一。途径就是其一。葡萄糖葡萄糖葡糖葡糖-6-6-磷酸磷酸果糖果糖-6-6-磷酸磷酸糖酵解糖酵解糖原糖原PPP70%30%戊糖磷酸途径的主要反应戊糖磷酸途径的主要反应场所场所起始物起始物还原型辅酶还原型辅酶分两个阶段分两个阶段细胞溶胶内细胞溶胶内葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸NADP+氧化阶段和非氧化阶段氧化阶段和非氧化阶段氧化阶段氧化阶段包括三个不可逆反包括三个不可逆反应应葡糖葡糖-6-6-磷酸脱磷酸脱氢氢酶酶 不可逆反不可逆反应应（受到（受到NADPHNADPH抑制）抑制）葡糖酸内葡糖酸内酯酯酶酶 没有没有酶酶催化，也能催化，也能发发生生葡糖酸葡糖酸-6-6-磷酸脱磷酸脱氢氢酶酶氧化脱氧化脱羧羧反反应应此酶对此酶对NADPNADP+高度特异性的高度特异性的;对对NADNAD+的的K Km m比对比对NADPNADP+高高1 0001 000倍倍葡糖葡糖-6-6-磷酸的脱氢磷酸的脱氢葡萄糖酸内酯的水解葡萄糖酸内酯的水解6-6-磷酸葡糖酸的脱氢磷酸葡糖酸的脱氢非氧化阶段非氧化阶段非氧化相全部由非氧化的可逆反非氧化相全部由非氧化的可逆反应组应组成，共有成，共有5 5步，步，反反应应的性的性质质是异构或分子重排，通是异构或分子重排，通过过此此阶阶段的反段的反应应，6 6分子戊糖分子戊糖转转化成化成5 5分子己糖。分子己糖。将戊糖将戊糖转变转变成成糖酵解的中糖酵解的中间间物。物。磷酸戊糖异构磷酸戊糖异构酶酶 磷酸戊糖差向异构磷酸戊糖差向异构酶酶 转酮转酮酶酶 催化二碳催化二碳单单位的位的转转移，需要移，需要TPPTPP为为辅辅助因子助因子转醛转醛酶酶催化三碳催化三碳单单位的位的转转移移转酮转酮酶酶 5537645463C5+C5-C7+C3C7+C3-C4+C6C5+C4-C6+C3总结总结:3C5-2C6+C3+核糖核糖-5-5-磷酸的形成磷酸的形成木酮糖木酮糖-5-5-磷酸的形成磷酸的形成第一次碳单位转移和重排反应第一次碳单位转移和重排反应转转酮酮酶酶催催化化的的反反应应机机理理第二次碳单位转移和重排反应第二次碳单位转移和重排反应第三次碳单位转移和重排反应第三次碳单位转移和重排反应戊糖磷酸途径的总结戊糖磷酸途径的总结P一个葡萄糖分子是不可能完成上述反一个葡萄糖分子是不可能完成上述反应应的，至少有的，至少有3 3个葡个葡萄糖分子同萄糖分子同时进时进入才可以完成；入才可以完成；P只有只有6 6个葡萄糖分子同个葡萄糖分子同时进时进入戊糖磷酸途径，到最后才相入戊糖磷酸途径，到最后才相当于有一个葡萄糖分子完全被氧化成当于有一个葡萄糖分子完全被氧化成COCO2 2和和H H2 2O O；P戊糖磷酸途径并不是戊糖磷酸途径并不是细细胞胞产产生生NADPHNADPH的唯一途径的唯一途径P发发生在生在细细胞液，不需要氧气；胞液，不需要氧气；P根据根据细细胞胞对对NADPHNADPH、核糖和、核糖和ATPATP的需要不同，戊糖磷酸途径的需要不同，戊糖磷酸途径可以四种不同的模式存在：快速分裂的可以四种不同的模式存在：快速分裂的细细胞需要更多的核胞需要更多的核糖糖-5-5-磷酸以第一种模式存在，需要等量的核糖磷酸以第一种模式存在，需要等量的核糖-5-5-磷酸和磷酸和NADPHNADPH的的细细胞以第二种模式存在，需要更多的胞以第二种模式存在，需要更多的NADPHNADPH以以进进行行生物合成的生物合成的细细胞以第三种模式存在，只需要胞以第三种模式存在，只需要NADPHNADPH和和ATPATP而而不需要核糖不需要核糖-5-5-磷酸的磷酸的细细胞以第四种模式存在；胞以第四种模式存在；P调节调节机制相当机制相当简单简单 戊糖磷酸途径的四种变化形式戊糖磷酸途径的四种变化形式磷酸戊糖途径的功能磷酸戊糖途径的功能 C与与NADPHNADPH有关的功能有关的功能（1 1）提供生物合成的还原剂）提供生物合成的还原剂NADPH NADPH（2 2）解毒）解毒细胞色素细胞色素P450P450单加氧酶解毒系统需要单加氧酶解毒系统需要NADPHNADPH参参与对毒物的羟基化反应与对毒物的羟基化反应（3 3）供给能量）供给能量与核糖与核糖-5-5-磷酸有关的功能磷酸有关的功能 提供核苷酸及其衍生物（提供核苷酸及其衍生物（ATPATP、NADNAD、FADFAD、CoACoA）合成）合成的前体核糖的前体核糖-5-5-磷酸磷酸C与赤藓糖与赤藓糖-4-4-磷酸有关的功能磷酸有关的功能 芳香族氨基酸和维生素芳香族氨基酸和维生素B B6 6的合成需要赤藓糖的合成需要赤藓糖戊糖代谢的重要途径戊糖代谢的重要途径巨噬细胞膜上的巨噬细胞膜上的NADPHNADPH氧化酶的防御功能氧化酶的防御功能 糖异生糖异生糖异生糖异生：gluconeogenesis它主要发生在动物的肝脏（它主要发生在动物的肝脏（8080）和肾脏（）和肾脏（2020），是动物细胞自身合成葡萄糖的唯一手段。），是动物细胞自身合成葡萄糖的唯一手段。植物和某些微生物也可以进行糖异生。植物和某些微生物也可以进行糖异生。葡萄糖的异生作用，泛指细胞内由乳酸或其葡萄糖的异生作用，泛指细胞内由乳酸或其它非糖物质净合成葡萄糖的过程。它非糖物质净合成葡萄糖的过程。糖异生的意义糖异生的意义1、是一个非常很重要的生物合成葡萄糖的途径、是一个非常很重要的生物合成葡萄糖的途径红细胞和脑以葡萄糖为主要燃料红细胞和脑以葡萄糖为主要燃料2、维持血糖浓度，满足组织对糖的需要。、维持血糖浓度，满足组织对糖的需要。3、减轻或消除代谢性酸中毒。、减轻或消除代谢性酸中毒。4、植物或某些微生物使用乙酰、植物或某些微生物使用乙酰CoA作为糖异生的前作为糖异生的前体。体。糖异生的底物糖异生的底物(动物动物)丙酮酸丙酮酸,乳酸乳酸,甘油甘油,生糖氨基酸，所有生糖氨基酸，所有TCA循环的中间物循环的中间物$偶数脂肪酸不行偶数脂肪酸不行!$因为偶数脂肪酸氧化只能产生乙酰因为偶数脂肪酸氧化只能产生乙酰CoA，而乙，而乙酰酰CoA不能提供葡萄糖的净合成不能提供葡萄糖的净合成牛胃细菌可将纤维素分解为乙酸、丙酸、牛胃细菌可将纤维素分解为乙酸、丙酸、丁酸丁酸糖糖异异生生与与糖糖酵酵解解途途径径的的比比较较糖异生不是糖异生不是EMP的简单逆转的简单逆转其中其中7步可逆步骤是共同的，步可逆步骤是共同的，3步不可逆步步不可逆步骤由另一些酶来催化并需骤由另一些酶来催化并需ATP供能。供能。二是机体在对这两种代谢实行交互调控的二是机体在对这两种代谢实行交互调控的时候不允许它们同时被激活或被抑制，否时候不允许它们同时被激活或被抑制，否则就会陷入无效循环之中。则就会陷入无效循环之中。丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸PEPADPATPPyr丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶CO2ATPADP+PiOAAGTPGDP+CO2磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶